Betrieb und Unterhalt / Exploitation et maintenance
L’érosion par cavitation Réservée aux turbines à réaction ? Aussi pour les Pelton !
Premier tour d’horizon sur un phénomène malheureusement souvent bien connu des exploitants de turbines Kaplan ou Francis : l’érosion liée à la cavitation. Mais force est de constater qu’elle n’est pas réservée aux turbines à réaction. Les Pelton sont, elles-aussi, concernées. Quelles sont les clés pour comprendre ce phénomène, évaluer la criticité de la perte de matière ? Quelles sont les responsabilités respectives du turbinier et de l’exploitant ? Et surtout comment y remédier, voire l’éviter ? Un phénomène thermodynamique La cavitation est un phénomène thermodynamique, résultant du passage de l’eau à l’état liquide à celui de vapeur, non pas comme l’ébullition, par une augmentation de la température à pression (plus ou moins) constante, mais par une diminution de la pression à température (plus ou moins) constante. En des termes simples, la cavitation se situe, suivant des variations de pression, autour de cette courbe, dite de pression de vapeur saturante ou tension de vapeur, qui sépare la phase liquide et de vapeur.
Que ce soit pour les turbines à réaction ou à action, la norme CEI 60609 définit la cavitation comme étant des « bulles de vapeur qui se forment lorsque le niveau local de pression s'abaisse jusqu'à une valeur avoisinant la tension de vapeur et qui se résorbent quand le niveau local de pression remonte au-dessus de la tension de vapeur. » Et pour certains cas, l’implosion de ces bulles peut endommager des parois solides par enlèvement de matière. Erosion par cavitation ou abrasion ? L’érosion par cavitation est à distinguer de l’abrasion due aux particules transportées dans l’écoulement, comme du sable. L’abrasion est plus ou moins importante suivant la quantité de matériaux solides, leurs compositions minérales, la taille et leurs formes, l’intensité des impacts (vitesse, angle d’incidence), la qualité des matériaux érodés et les conditions d’exploitation de la machine. De par la modification du profil de la roue, l’abrasion peut également entraîner une érosion par cavitation. Les deux phénomènes peuvent même s’autoalimenter. Toutefois, l’apparition, la localisation et les mécanismes d’endommagement liés aux deux phénomènes sont en général différents. Où peuvent se situer les zones d’érosions par cavitation ? Sur la pale d’une turbine Kaplan ou Diagonale, on peut observer la formation de bulles de cavitation le plus souvent sous le bord d’attaque , le long du manteau (cavitation marginale), mais également et au niveau de l’assiette de la pale .
15
Le diagramme du point triple de l’eau avec les
Trois types de cavitation sur une roue de type Kaplan observés
différentes phases
sur stand d’essais : sous le bord d’attaque , le long du manteau
Principale source des illustrations : Mhylab
(cavitation marginale) et au niveau de l’assiette
